A lattice modelling framework with applications on reinforced concrete and autoclaved aerated concrete masonry infill walls
Betonarme ve gaz beton dolgulanmış betonarme çerçevelerin üzerinde uygulamalar ile bir kafes modeli sistemi
- Tez No: 772003
- Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ BİNİCİ, PROF. DR. KAĞAN TUNCAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Deprem Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Engineering Sciences, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 203
Özet
Betonun farklı bileşenlerden oluşan doğası ve karışım kuralları, mikro, mezo ve makro ölçekler gibi farklı etki alanı seviyelerinde karmaşık davranışlara neden olur. Çatlaklar, mikro seviyeden makro seviyeye rastgele gelişir ve yapıların doğrusal olmayan tepkisine neden olur. Betonun bu tepkisini tahmin etmek, yaşlanan altyapı ve sürdürebilirlik ihtiyacı göz önüne alındığında daha önemli hale gelen betonarme yapıların performans değerlendirmesi ile doğrudan ilgilidir. Mukavemet ve deformasyon kapasitesi ile çatlak genişliği tahminleri, yapıların tasarımında ve değerlendirilmesinde yapı mühendisleri için önemli bir rol oynamaktadır. Yapılarda betondan sonra en çok kullanılan diğer bir yarı statik malzeme ise yığma elemanlardır. Yığma duvarlar farklı malzemelerden oluşur ve betona benzer karmaşık tepkiler sergiler. Duvarlar ve betonarme çerçevelerin kombinasyonu ise dolgu duvarları oluşturur. Geçmişteki depremlerde betonarme çerçeveli binalarda önemli dolgu duvar hasarı gözlemlenmiştir. Bu duvarların çökmesi can kaybına neden olabilir. Yine de, betonarme çerçeve ve dolgu duvar etkileşimini anlamak zordur, ancak doğrusal olmayan davranış birçok araştırmacı tarafından farklı ölçeklerde araştırılmıştır. Önemli gelişmelere rağmen, beton ve yığma çatlağın başlaması ve yayılmasının sayısal modellemesi hala gelişme aşamasındadır. Geçmişte birçok farklı hesaplama yaklaşımı kullanılmıştır. Bu alanda son on yılda yapılan çalışmalar, kırılma olgusunun lokal karakterini modelleyebilmek için parçacık tabanlı simülasyon yöntemlerinin (ayrık elemanlar yöntemi, kafes tabanlı yöntemler, düzleştirilmiş parçacık hidrodinamiği, vb.) kullanmaya odaklanmıştır. Bu araçların avantajları, göreceli modelleme kolaylığı ve mikrodan makro seviyelere kadar çeşitli ölçekleri bağlama yeteneği ile birkaç önemli parametre kullanarak çatlak yayılımının simülasyonudur. Bu çalışmada, doğrusal olmayan problemler için statik ve dinamik çözüm teknikleri ile peridinamikte kullanılan kavrama benzer şekilde, sürekliliğin önceden tanımlanmış bir ufuk boyunca uzanan kafes elemanları kullanılarak parçalandığı, orta ölçekli düzeyde pratik bir iki boyutlu kafes yaklaşımı önerilmiştir. Betonun sıkışma davranışı, kafes sistemi örgüsü karıştırmasını kullanan yeni bir kalibrasyon tekniği ile önerilen kafes yaklaşımı kullanılarak dolaylı bir çekme gerilim kırılması olarak ciddi derecede gözden geçirilir ve açıklanır. Umut verici sayısal sonuçlar, yalnızca gerilim kırılma özeliğine sahip kafes modelleri ile sıkışma çatlağının tahmin edilebileceğini göstermektedir. Ağ boyutu, ufuk ve yumuşama fonksiyonlarının sonuçların duyarlılığı üzerindeki etkisine odaklanan farklı göçme tiplerine sahip betonarme kirişler, kolonlar, duvarlar ve çerçeve testlerinin simülasyon sonuçları, çatlak dağılımları, aralıkları ve genel monotonik davranışı tahmini açısından deneysel sonuçlarla iyi bir uyum içindedir. Monotonik yükleme altındaki statik davranışı doğru bir şekilde simüle etmek için yeni bir orantılı-integral-türev kontrolüne sahip açık zaman entegrasyon tekniği kullanılmıştır. Önerilen yaklaşım daha sonra, donatısı otoklavlanmış gazbeton duvar dolgulu betonarme çerçevelerin tepkisini modellemek için kullanılır. İki gazbeton dolgulu duvar, karşılaştırma amacıyla test edilmiştir. Bu tür davranışların mekanik özelliklerini belirtmek için otoklavlanmış gazbeton duvarların karakterizasyon testleri için bu testlerde kullanılan duvar bileşenleri kullanılmıştır. Sonuçlar modeli kalibre etmek için kullanılmıştır. Yapılan testlere ek olarak, daha fazla doğrulama için literatürden iki test daha kullanıldı. Önerilen kafes modeli, dolgu duvarlarda çatlak yayılımını makul bir doğrulukla tahmin edebilmiştir. Çerçeve-dolgu duvar etkileşimi, basma bölgesi oluşumunu gerçekçi bir temsili sağlanarak başarılı bir şekilde simüle edilmiştir. Son olarak, yanal deformasyonun bir fonksiyonu olarak temas uzunluğu ve basınç bölgesi genişliğini incelemek için parametrik bir çalışma yapılmıştır. Sonuçlar, dolgu duvar-çerçeve temas uzunluğunun, etkileşim bölgesinin yanal deformasyon talep seviyelerine ve özelliklerine önemli ölçüde bağlı olduğunu göstermektedir. Tüm simülasyon sonuçlarının, oldukça basit ve sezgisel bir yöntemle, önerilen modelleme yaklaşımı ile yapı üzerindeki çatlak ilerleme yönünü ve akan kuvveti doğru bir şekilde tahmin etme yeteneğini gösterdiği ifade edilebilir.
Özet (Çeviri)
The heterogeneous nature and the mixture rules of concrete result in complex behavior at different domain levels as micro, meso and macro scales. Cracks evolve randomly from the micro to the macro level and result in nonlinear response of structures. Predicting the nonlinear response of concrete is directly related to the performance assessment of reinforced concrete (RC) structures, which is becoming more important, given the observed of aging infrastructure and the need for sustainability. Strength and deformation capacity estimations along with crack width predictions appear to play a key role for structural engineers in the design and assessment of structures. Another quasi-static material mostly used in structures after the concrete is the masonry elements. Masonry walls consist of different materials and exhibit complex responses similar to concrete. A combination of walls and reinforced concrete (RC) frames create infill walls. Significant infill wall damage in RC frame buildings was observed in past earthquakes. Collapse of these walls may cause loss of life. Still, understanding RC frame-infilled wall interaction is challenging, while the nonlinear behavior has been investigated in different scales by many researchers. Despite significant developments, the computational modeling of concrete and masonry fracture initiation and propagation is still under development. Many different numerical approaches have been used in the past. Recent studies in the last decade in this field have focused on using particle-based simulation methods (such as the discrete element method, lattice-based methods, smoothed particle hydrodynamics, etc.) to capture the local character of the fracture phenomenon. The advantages of these tools are the relative ease of modeling and the simulation of crack propagation using a few key parameters with the ability to bridge various scales from micro to macro levels. In this work, a practical two-dimensional lattice approach at the mesoscale level is proposed, where the continuum is discretized using truss elements extending over a predefined horizon, similar to the concept used in peridynamics with static and dynamic solution techniques for nonlinear problems. The compression response of concrete is critically reviewed and explained as an indirect tension failure by using the proposed lattice approach with a novel calibration technique that employs the magnitude of grid perturbation. Promising numerical results show that compression failure can be estimated with lattice models with tension-only failure envelopes. Simulation results of RC beams, columns, walls, and frame tests with different failure types focusing on the influence of the mesh size, horizon, and softening functions on the sensitivity of results are in good agreement with the experimental results based on estimating crack patterns, spacings, and overall monotonic load-deflection response. An explicit time integration technique with a novel proportional-integral-derivative control is used to efficiently simulate the response under monotonic loading in quasi-static manner. The proposed approach is then applied to simulate the response of unreinforced aerated autoclaved concrete (AAC) masonry-infilled RC frames. Two AAC-infilled walls were tested to have a benchmark for comparison purposes. The wall components used in these tests were used for characterization tests of AAC masonries in order to determine the mechanical properties of such behavior. The results were used to calibrate the model. In addition to the tests conducted, two other tests from the literature were used for further validation. The proposed lattice model was capable of estimating crack propagation in the infill walls with reasonable accuracy. The frame-infill wall interaction was successfully simulated by providing a realistic representation of strut formation. Finally, a parametric study was conducted to examine contact length and strut width as a function of lateral deformation. The results show that the infill wall-frame contact length is significantly dependent on the lateral deformation demand levels and properties of the interaction region. It can be stated that all simulation results demonstrate the ability of accurately predicting the direction of crack propagation and the flowing force over the structure with the proposed modeling approach, with a rather simple and intuitive method.
Benzer Tezler
- Nanoteknolojide yerel olmayan çubuk teorisinin statik ve dinamik problemleri
Static and dynamic problems of nonlocal beam theory in nanotechnology
OLCAY OLDAÇ
Doktora
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ
- Biyomedikal işaretlerin Markov rastgele alanları kullanılarak işlenmesi
Biomedical signal processing using Markov random fields
NİYAZİ KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Tıbbi Biyolojiİstanbul ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN NURİ UÇAN
- Rastgele markov alanları ve hücresel sinir ağları ile görüntü işleme
Image processing with markow random fields and cellular neural networks
MAHMUT ŞAMİL SAĞIROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN NURİ UÇAN
- Investigating conjugate heat transfer in a square cylinder via Lattice boltzmann method
Lattice boltzmann yaklaşımıyla kare silindirde birleşik ısı transferinin incelenmesi
AANIF HUSSAIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAYRAM ÇELİK
- Klasik ve mikrogermeli ortam teorisiyle modellenen plaklarin caputo kesirli türevi yardimiyla nonlokal titreşim analizi
Nonlocal vibration analysis of classic and microstretch plates with the help of caputo fractional derivative
SONER AYDINLIK
Doktora
Türkçe
2020
Matematikİstanbul Teknik ÜniversitesiMatematik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET KIRIŞ